🥺 Сфоткал недавний сильный туман в городе. Похоже на кадр из Silent Hill ?

С физической точки зрения, туман — это аэрозоль, взвесь мельчайших капелек воды в приземном слое атмосферы. Туман образуется при конденсации водяного пара на частицах, присутствующих в воздухе (так называемые ядра конденсации — пыль, соль, продукты горения). Для этого воздух должен достичь точки росы — температуры, при которой пар становится насыщенным и начинает конденсироваться. Туман по сути есть облако около поверхности Земли.

▪️ Во время тумана плохо видно из-за рассеяния света сферический частицей (рассеяние Ми — классическая задача электродинамики, решенная в 1908 году Густавом Ми). Такое рассеяние происходит, когда размер частицы (капли) сопоставим с длиной волны света (видимый свет ~ 0.4 - 0.7 мкм). Капли тумана (1-60 мкм) идеально подходят под это условие. Рассеяние Ми очень слабо зависит от длины волны. Все цвета рассеиваются примерно одинаково. Именно поэтому туман кажется белым или серым.

Почему дальний свет фар машины не помогает? Свет от фар вашей машины или от удаленного объекта многократно рассеивается на каплях тумана, создавая сплошную светящуюся пелену. Этот рассеянный свет создает мощную засветку, которая "перекрывает" контраст объекта, и он сливается с фоном.

▪️ Часть световой энергии поглощается каплями воды, немного нагревая их, и переизлучается в виде теплового (инфракрасного) излучения, которое невидимо для человеческого глаза. Это также уменьшает интенсивность видимого света. Вместо того чтобы прямолинейно долететь от объекта до вашего глаза, световые логи "блуждают" в облаке капель, создавая однородную белую пелену и резко снижая контрастность и дальность видимости.

▪️В момент образования тумана относительная влажность воздуха достигает 100% или очень близка к этому значению. Когда воздух охлаждается и достигает точки росы, он становится насыщенным, и относительная влажность равна 100%. Дальнейшее охлаждение или добавление пара приводит к конденсации и образованию тумана. Иногда можно наблюдать туман при влажности 95-98%. Это связано с тем, что для конденсации нужны ядра конденсации. Если их мало и недостаточно для начала процесса, воздух может стать пересыщенным (влажность >100%), но обычно наличие частиц приводит к конденсации уже при 100%.

📝 Ещё факты к размышлению:

🔹 1. Нелинейная зависимость видимости от концентрации капель. Видимость определяется не просто наличием капель, а их общей площадью поверхности. Объем воды в кубометре воздуха может быть постоянным, но если он распределен на большее количество мелких капель, видимость ухудшится катастрофически. Потому что при том же объеме общая площадь поверхности капель обратно пропорциональна их радиусу (площадь ~ N * r², а объем ~ N * r³, значит, площадь ~ 1/r). Чем мельче капли, тем больше их суммарная поверхность для рассеяния света.

🔹 2. Переохлаждение и ледяной туман. Вода может оставаться в жидком состоянии при температурах ниже 0°C (иногда до -40°C!), если в воздухе нет подходящих ядер конденсации для образования льда (ледяных ядер). Такой туман состоит из переохлажденных капель. Ледяной туман (Ice Fog, Diamond Dust): Образуется при очень низких температурах (обычно ниже -30°C) сразу из пара в лед, минуя жидкую фазу (процесс десублимации). Он состоит из мельчайших кристалликов льда и часто создает красивые оптические явления, такие как гало и "алмазную пыль".

🔹 3. Радиационное охлаждение и инверсия температуры. Ясной ночью земная поверхность интенсивно излучает тепло в космос. Приземный воздух охлаждается, и его температура становится ниже, чем у воздуха выше. Это явление называется температурной инверсией. Тяжелый холодный воздух не поднимается вверх, что и приводит к конденсации и накоплению тумана в этом приземном слое.

А ещё с туманом связан алгоритмический трюк из GameDev. Красивый пример, когда реальная жизнь совмещается с физикой и разработкой игр, а инженерное мышление помогает сделать из этого фичу: Гениальный трюк в игровой индустрии.

#физика #gamedev #разработка_игр #природа #наука #physics

💡 Репетитор IT men // @mentor_it